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1、电力工程基础,第1章 概 论,第1章 概 论,1.1 电力系统的基本概念 1.2 发电厂的类型及电能的生产过程 1.3 电力系统的负荷,1.1 电力系统的基本概念,1.1.1 电力系统的组成 1.1.2 电力系统运行的特点和要求 1.1.3 电力系统的额定电压等级 1.1.4 电力系统中性点接地方式,1.1.1 电力系统的组成,电力系统的优点如下： 1)降低发电厂的造价和运行费用； 2)在各个发电厂之间能对负荷进行经济合理的分配； 3)充分利用当地的动力资源(水力、燃料)，减少铁路的运输量； 4)构成电力系统，能提高对用户供电的可靠性； 5)便于集中管理和控制。,所谓电力系统就是将各种类型发电
2、厂的发电机、升压和降压变压器、输电线路以及各种用电设备联系在一起所构成的统一整体。电力系统起着电能生产、输送、分配和消费的作用。 电力系统和动力部分构成动力系统。动力部分包括火力发电厂的锅炉、汽轮机，水力发电厂的水库、水轮机以及核发电厂的核反应堆等。 电力网是电力系统的一部分，包括变电所和不同电压等级的输电线路，其作用是输送和分配电能。,1.1.1 电力系统的组成,1.1.1 电力系统的组成,图1-1 典型的电力系统,1.1.2 电力系统运行的特点和要求,电力系统的运行与其他工业生产相比，具有以下明显的特点：(1)电能不能大量储存 到目前为止，电能的大量储存问题还没有得到解决，电能的生产、输送
3、、分配和消费，几乎是同时进行的。 (2)过渡过程十分短暂 电能以电磁波形式传播，有极高的传输速度，如开关切换操作、电网短路等过程，都是在很短时间内完成的。,1.1.2 电力系统运行的特点和要求,(3)电力系统的地区性特点较强 我国地域辽阔，自然资源分布很广，使得我国的电源结构有很强的地域特点，有的地区以火电为主，有的地区以水电为主，而且各地域的经济发展情况不一样，工业布局、城市规划等也不相同，因此必须针对不同地区的不同特点，对电力系统规划设计、运行管理、布局及调度等，进行全面考虑。 (4)电力系统运行与国民经济各部门关系密切 由于电能的生产、输送、分配和消费比较方便，宜于大量生产、远距离输送、
4、集中管理和自动控制等，使用电能较其他能量有显著的优点，因此国民经济各部门广泛使用着电能，电能供应的中断或减少将影响国民经济各部门的正常工作。,1.1.2 电力系统运行的特点和要求,根据上述特点，对电力系统有如下基本要求： (1)保证电力系统供电的可靠性 供电中断将使生产停顿、生活混乱，甚至危及人身和设备安全，给国民经济造成巨大损失。 (2)保证电力系统的电能质量 电力系统的电能质量指标是以电压、频率及波形来衡量的。 (3)为用户提供充足的电能 电力系统要为国民经济各部门提供充足的电能，最大限度地满足用户的用电需求。 (4)保证电力系统运行的经济性 降低生产电能所消耗的能源及输送、分配过程的电能
5、损耗具有重要意义，为此应力求电力系统经济运行，使负荷在各发电厂之间合理分配。,1.1.3 电力系统的额定电压等级,电力系统的额定电压等级是根据国民经济发展的需要、技术经济上的合理性、电机电器制造工业的水平等因素，经全面研究分析，由国家制定颁布的。从电气设备制造的角度和电力工业的发展来看，电力系统额定电压等级不宜过多。我国交流电力网和电力设备的额定电压见表1-1。,1.1.3 电力系统的额定电压等级,表1-1 我国交流电力网和电力设备的额定电压,(1)用电设备 为了使用电设备经济有效地运行，要求在制造用电设备时，用电设备的额定电压应与线路的额定电压相等。 (2)发电机 由于一般用电设备的允许电压
6、偏移规定为5%的额定值，因此就要求线路首端电压比线路额定电压高5%，这样才能使其末端电压不比用电设备额定电压低5%。 (3)变压器 电力系统中的不同电压等级线路是通过变压器连接起来的。,1.1.3 电力系统的额定电压等级,表1-2 电力网的额定电压(线电压)等级及其相适应的传输功率和传输距离,1.1.3 电力系统的额定电压等级,1.1.4 电力系统中性点接地方式,1.中性点不接地 2.中性点经消弧线圈接地 3.中性点直接接地,1.中性点不接地,图1-2 中性点不接地电力系统正常运行时的电路和相量图 a)电路 b)相量图,1.中性点不接地,图1-3 中性点不接地系统发生单相接地故障时的电路和相量
7、图 a)电路 b)相量图,2.中性点经消弧线圈接地,(1) 全补偿方式 在选择消弧线圈的电感时，使IL=IC，则接地故障点电流为零，即全补偿方式。 (2) 欠补偿方式 在选择消弧线圈的电感时，使ILIC，此时，接地故障点有剩余的电感电流流过。,2.中性点经消弧线圈接地,图1-4 中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的电路和相量图 a)电路 b)相量图,3.中性点直接接地,图1-5 中性点直接接地的电力系统,1.2 发电厂的类型及电能的生产过程,1.2.1 火力发电厂 1.2.2 水力发电厂 1.2.3 核能发电厂 1.2.4 其他能源发电,火力发电厂是将煤、油、天然气及其他燃料的化学能转
8、换成电能的工厂。火力发电厂简称火电厂或火电站。火电厂的能量转换过程是，燃料的化学能热能机械能电能。单一生产电能的火电厂应尽量建在燃料产地和矿区附近，这样的火电厂也称为矿口电厂或坑口电厂，它的生产不会对城市造成污染，又避免了燃料的长途运输。发电兼供热的火电厂称为热电厂或热电站，热电厂一般建在大城市及工业区附近，以提高热能的利用率。我国火电厂所使用的燃料以煤为主。图1-6所示为凝气式火力发电厂的生产过程。,1.2.1 火力发电厂,1.2.1 火力发电厂,图1-6 凝气式火力发电厂的生产过程,1.2.2 水力发电厂,图1-7 堤坝式水电厂,水力发电厂是利用水流的位能来生产电能的工厂。水力发电厂简称水
9、电厂或水电站。其能量的转换过程是，水的位能机械能电能。,核能发电厂是利用核能来发电的工厂。核能发电厂简称核电厂或核电站。核电厂的生产过程与火电厂大体相同，它以核反应堆代替火电厂的燃煤锅炉，以少量的核燃料代替了大量的煤炭。其能量的转换过程是，核裂变能热能机械能电能。核电厂由两个主要部分组成：核系统部分(包括反应堆及其附属设备)和常规部分(包括汽轮机、发电机及其附属设备)。核反应堆是实现可控核裂变链式反应的装置。核反应堆的型式有轻水堆、重水堆及石墨冷水堆等。轻水堆有沸水堆和压水堆两种类型。图1-8所示为沸水堆核电厂和压水堆核电厂的生产过程。,1.2.3 核能发电厂,1.2.3 核能发电厂,图1-8
10、 核电厂的生产过程 a) 沸水堆核电厂 b)压水堆核电厂,1.2.4 其他能源发电,(1) 风力发电 风力发电是利用风的动能来生产电能。 (2) 太阳能发电 太阳能发电是利用太阳光能或太阳热能来生产电能。 (3) 地热发电 地热发电是利用地表深处的地热能来生产电能。 (4) 潮汐发电 潮汐发电是利用海水涨潮落潮中的动能、势能来生产电能。,1.3 电力系统的负荷,1.3.1 电力负荷的分类 1.3.2 负荷的计算,1.3.1 电力负荷的分类,(1)一级负荷 中断供电将造成人身事故或重大设备损坏，且难以修复，给国民经济带来重大损失。 (2)二级负荷 中断供电将造成大量减产和废品，以致损坏生产设备，
11、在经济上造成重大损失。 (3)三级负荷 不属于一级、二级负荷的用户均属于三级负荷。,1.3.2 负荷的计算,1.负荷曲线的概念 2.求计算负荷的方法,负荷曲线是指在某一时间段内描绘负荷随时间的延续而变化的曲线。按负荷性质可绘制有功和无功的负荷曲线；按负荷持续时间可绘制日和年的负荷曲线；按负荷在电力系统内的地点可绘制用户、变电所、发电厂和电力系统的负荷曲线。将这几方面负荷曲线综合在一起就可表明发电与供电的全部负荷特性。图1-9所示为日有功负荷曲线，是按每小时为间隔逐点描绘出来的。这样绘制的负荷曲线为依次连续的折线，不适于实际应用。为了计算简单起见，往往将逐点描绘的负荷曲线用等效的阶梯曲线来代替，
12、如图1-10所示。,1.负荷曲线的概念,1.负荷曲线的概念,图1-9 逐点描绘的日有功负荷曲线,1.负荷曲线的概念,图1-10 阶梯型的日有功负荷曲线,1.负荷曲线的概念,图1-11 日年负荷曲线的转换 a)冬季代表日负荷曲线 b)夏季代表日负荷曲线 c)全年时间负荷曲线,2.求计算负荷的方法,(1) 按需要系数法确定计算负荷 (2) 按二项式系数法确定计算负荷 需要系数法是将需要系数看做与用电设备台数及容量无关的常数，这对确定用电设备台数多、总容量大的企业或具有一定规模车间变电所的计算负荷是可以的。,(1) 按需要系数法确定计算负荷,表1-3 各用电设备组的需要系数及功率因数,(1) 按需要系数法确定计算负荷,表1-3 各用电设备组的需要系数及功率因数,(1) 按需要系数法确定计算负荷,表1-3 各用电设备组的需要系数及功率因数,(1) 按需要系数法确定计算负荷,表1-4 车间低压负荷的需要系数及功率因数,(1) 按需要系数法确定计算负荷,表1-5 全厂负荷的需要系数及功率因数,表1-6 需要系数法的同期系数,(2) 按二项式系数法确定计算负荷,表1-7 二项式计算系数,(2) 按二项式系数法确定计算负荷,表1-7 二项式计算系数,
